производительность gps для синхронизации

Приемник GPS создает локальную копию так называемого «системного времени GPS», которая представляет собой виртуальную базу времени, созданную на основе всех часов на спутниках и наземных станциях. Эта реплика является неотъемлемой частью процесса разработки навигационного решения, основанного на измерении задержки сигнала от каждого спутника с точностью порядка наносекунд.

Алгоритм, обеспечивающий синхронизацию этой реплики, гарантирует отсутствие долгосрочного дрейфа по отношению к системному времени GPS. Кроме того, он специально разработан для устранения ошибок, вносимых радиоканалами, поэтому джиттер также минимален.

Относительно легко обеспечить выходные данные на основе этой временной развертки реплики, обычно в форме сигналов логического уровня 1 pps или 10 МГц. Обычно самый большой источник джиттера на этих выходах связан с тем, что временная развертка реплики асинхронна по отношению к собственным физическим часам приемника.

Следовательно, размах джиттера этих выходов обычно равен периоду локальных часов ¹ , краткосрочная стабильность равна стабильности гетеродина ² , а долговременная стабильность равна системному времени GPS. который основан на атомных часах. PLL может легко отфильтровать джиттер, если это требуется приложению.

¹ Многие приемники имеют локальные часы с частотой 10,23 МГц, поэтому вы часто видите спецификацию ±50 нс на выходе 1 pps.

² Кварцевые генераторы обычно имеют очень хорошую краткосрочную стабильность. Фактически, лучшие кварцевые генераторы лабораторного класса имеют лучшие характеристики кратковременной стабильности, чем цезиевые эталоны времени.

Просто потому, что система более чем достаточно хороша, чтобы делать то, что от нее требуется.

Мощность невелика, но ее достаточно для того, чтобы чувствительный приемник при ясном обзоре неба реконструировал ее с высокой достоверностью. На самом деле, недостаточно просто того, что приемник может декодировать и синхронизироваться с битовой комбинацией, как предполагалось в первоначальном проекте; это достаточно хорошо, что умный приемник может передискретизировать его и измерить фазу за долю битового времени в хороших условиях.

Ионосфера вызывает задержки сигналов, зависящие от пути, но есть несколько эффективных способов уменьшить это, в том числе многочастотный прием (который позволяет сделать вывод о плотности ионосферы — и, следовательно, об общей задержке — из дифференциальной задержки на двух разных частотах) и увеличение системы (наземные, спутниковые и интернет-системы), которые измеряют ионосферные и другие медленно движущиеся остаточные ошибки на земле, строят геометрические модели, а затем передают их на приемники, чтобы эти ошибки можно было нейтрализовать.

Кроме того, обычно одновременно в поле зрения находится много спутников — обычно 8 или более спутников GPS одновременно для приемника с ясным небом и потенциально гораздо больше для многосистемного приемника (GPS, ГЛОНАСС, Galileo и/или Бэйдоу). Множество спутников означает огромное количество информации, которую приемник может фильтровать и объединять, используя алгоритмы консенсуса, для получения лучших результатов, чем может дать любой спутник в отдельности.

Наконец, действительно точные GPS-часы показывают хорошее время, понимая, в чем заключаются сильные стороны GPS. Даже учитывая все, что я сказал выше, синхронизация GPS подвержена джиттеру и другим источникам краткосрочных ошибок. Тем не менее, его долгосрочная точность (пока система продолжает обслуживаться с земли США) является предельной. Достойные осцилляторы (от TCXO и выше) способны лучше работать в краткосрочной перспективе .точности, чем GPS, но каждый осциллятор неизбежно подвержен старению и дрейфу в течение часов, недель и лет. Хорошие часы характеризуются этими источниками ошибок, а затем их система управления спроектирована таким образом, что их краткосрочная точность соответствует точности осциллятора, а их долговременная точность соответствует точности системы GPS, опять же, создавая нечто лучшее, чем и то, и другое. Чем лучше осциллятор, тем меньше кратковременных ошибок GPS нужно допускать для управления системой, и тем лучше могут быть часы в целом.

Короче говоря, я бы сказал, что система работает, потому что она была спроектирована для работы в 1970-х годах, а наши технологические возможности в целом выросли за последние 4-5 десятилетий, так что теперь она работает даже выше ожиданий.

Существует 16 уровней Stratum, которые снижают фазовый шум и фазовую ошибку и, таким образом, точность определения местоположения. Не все уровни используются в сети, но может быть только один уровень 0. Специальные усиленные кристаллы SC-огранки, которые в миллион раз более стабильны, чем кристаллы AT-огранки, имеют оптимальную плоскую температурную чувствительность в консервной банке.

Часы в GPS Rx могут иметь фазовый шум и диапазон настройки вплоть до часов Stratum 4 с цифровой коррекцией NTP по задержке от > 4 спутников, если все сделано правильно. Хотя частота 10 МГц достаточна для некоторых, она недостаточна для приложений, которым требуется дифференциальный радиочастотный синтез GPS из-за фазового шума, если только не используются локальные часы с поддержкой OCXO Stratum 2.

Часы ПК не являются часами уровня Stratum, поскольку они корректируют только секунды, а не частоту, поэтому выполняются постоянные коррекции времени, если только локальная сеть NTP не требуется.

http://www.raltron.com/wp-content/uploads/2016/08/sync_an02-stratumleveldefined.pdf

Я прочитал более 200 страниц книги о стандартах времени и частоты, поэтому, если вам нужно узнать больше, есть еще много чего узнать. Я также разрабатывал Doppler Nav Systems с 1975 года, до того, как вы и GPS «родились». Однако они находились на стадии проектирования, и в них было всего 1 сидение GOES.